新型小曲線半徑區段定位裝置探索研究

李東偉，李曉軍，張旭峰，孫慶維，張鵬飛，朱珺娥

0 引言

截至2022年底，全國鐵路營業里程達15.5萬公里，其中高鐵4.2萬公里，居世界第一。接觸網在電氣化鐵路中扮演著重要角色，接觸網零部件質量的優劣對列車保持高速運行起著至關重要的作用。在普速鐵路及城市軌道交通隧外小曲線區段，都要用到軟定位方式[1]。

1 對接觸網軟定位的要求

接觸網小曲線處使用軟定位器，設置于中間柱或轉換柱的曲外側，起定位作用，主要用于站線及速度不大于160 km/h的正線小曲線段（R= 300～1 000 m）。該裝置特點是只能承受拉力，而不能承受壓力，由于每個安裝點的曲線半徑不等，而軟定位器為定型零件，長度為固定尺寸（980 mm），與斜腕臂之間的距離不統一，因此連接方式應具備可調性。

隨著列車的運行，受電弓抬升接觸線，軟定位器也隨之擺動，要求其連接方式具備一定的強度和抗磨損性能，同時還需具備良好的導電性能，以免發生過熱變形、燒損進而導致弓網事故，因此軟定位器的施工安裝應力求簡單，并應減少維修。

2 常用軟定位方式及其不足

目前線路通常采用以下3種軟定位方式：

（1）軟鈦不銹鋼絲連接。由軟定位器定位環連接雙股Φ3.5軟鈦不銹鋼絲，一端做拉線，碼于軟定位器Φ34定位環的鉸環內，雙股纏繞3圈后截斷回頭線，另一端根據拉出值調整長度后做“8”字環連接到腕臂Φ60定位環處。該方式需要高空操作，施工不便，安全穩定性較差[2]。

（2）采用CC型調整螺栓連接。CC型調整螺栓一端的鋼鉤套于軟定位器Φ34定位環的鉸環內，另一端的鋼鉤套于軟定位器Φ60定位環的鉸環內，由于是鉤環連接，該結構容易脫鉤。

（3）采用尾支線連接方式。目前線路上運用的尾支線主要有以下兩種：一種一端帶鉤頭，另一端通過π型護線環繞繩后，通過并線線夾調節長度，該結構存在盲孔壓接不到底、鉤環連接不牢靠等缺點，正在逐漸淘汰。另一種是一端為鋼絲繩穿過鉗壓管，繞心形護環后回穿鉗壓管后并線壓接，以固定鋼絲繩，另一端為鋼絲繩穿過并溝線夾的繩槽，繞過π型護線環后回穿鉗壓管后再卡入并溝線夾的繩槽，用螺栓固定，可調節長度。雖然目前線路運用較多，但其畢竟為軟連接方式，只能承受拉力，不能承受壓力。

綜合分析：軟定位連接安全采用Φ3.5不銹鋼絲容易斷裂、施工隨意性大；連接CC型調整螺栓由于振動過大容易造成鉤環連接發生脫鉤；尾支線相對較安全，安裝方便，但是由于Φ3.5不銹鋼絲、CC型調整螺栓、尾支線受流面積小，因而這3種軟連接的導電性能不佳。

如果將軟定位器和接觸線視為一個整體連接，當受到高速列車受電弓的瞬間抬升力，以及在大風天氣下，這種軟連接會在空中出現擺動現象。蘇聯專家對接觸網擺動現象作了較為深入的研究，給出了接觸網擺動計算式[3]：

式中：A為振幅，m；v為風速，m/s；l為跨距，m；αmax決定于導線截面的空氣動力學特性的最大沖角；M為接觸線、承力索每延米質量，kg/m；Z為接觸線、承力索總張力，kN。

由式（1）得出，風速加大，振幅加大，即擺動加劇。在正定位時，由于軟定位器的長度為定值980 mm，斜腕臂上連接的Φ48定位環位置靠近絕緣子，當定位距離較遠時，需要的尾支線鋼絲繩較長，甚至達到1 m及以上，此時長時間的振動及垂直線路、順線路方向舞動勢必會造成鋼絲繩散股[4]。

由于小曲線段外軌超高，導致受電弓傾斜，接觸線會受到垂直于傾斜受電弓的推力，進而軟定位器的坡度會變大，容易造成定位線夾傾斜，出現打弓事故[5]。

此外，由于外軌超高、臨時提速等原因，會造成接觸線過高抬升，因此定位裝置應具備限位功能。

3 新型小曲線定位裝置

3.1 定位器

通過上述情況的分析，需要選擇一種具有定位彎曲狀態的定位器，同時具備限位功能，只有鋁合金折角定位器滿足該要求，其具體結構如圖1所示。

圖1 折角定位器結構示意圖

為了證明折角定位器能夠代替軟定位器，在以下幾個方面對其進行比較。

（1）自身傾斜角度比較。在曲線段上，由于線路外軌超高，機車受電弓隨之向曲線內側傾斜，為避免定位器碰撞受電弓，要求定位器具有一定的傾斜度，其傾斜度規定在1∶5～1∶10范圍。折角定位器的傾斜度為14°，軟定位器（圖2）的傾斜度為7.8°，14°＞7.8°，故折角定位器完全滿足在小曲線（半徑300～1 000 m）區段使用。

圖2 軟定位器結構示意圖

（2）是否具有限位功能。如圖3所示，折角定位器可在抬升角大于10°的情況下被限位，可以防止定位器抬升過大，從而避免事故發生。軟定位器則沒有限位功能。

圖3 折角定位器抬升示意圖

（3）折角定位器與軟定位器工作性能比較如表1所示。

表1 折角定位器、軟定位器性能比較 kN

通過上述幾方面的比較，折角定位器帶限位支座，可以滿足定位、抬高和限位3個功能，經試驗驗證，折角定位器性能明顯優于軟定位器性能。

3.2 新型小曲線定位裝置

如圖4（a）所示，小曲線半徑正定位裝置由定位支座、折角定位器、電氣連接線、定位線夾組成，其用于曲線半徑300～1 000 m的接觸網線路中間柱或轉換柱處，安裝在Φ60斜腕臂上連接折角定位器用于接觸線抬升限位。

圖4 小曲線半徑定位裝置結構示意圖

如圖4（b）所示，小曲線半徑反定位裝置由定位支座、折角定位器、電氣連接線、定位線夾組成，其用于接觸網線路曲線半徑300～800 m的中間柱或轉換柱處，安裝在Φ48水平定位管上連接折角定位器用于接觸線抬升限位。

由于裝置中折角定位器自帶一定角度，與定位立柱上的定位環通過軟銅絞電連接線導流。無論是在曲線區段的曲內或是在曲外安裝，均比直定位器能更好地控制與受電弓的關系，列車經過時可以更好的防止振動產生的疲勞磨損。根據歐姆定律，由于受流面積變大，電阻變小，在電壓不變的情況下電流增大，加之安裝電氣連接方便，因此電氣連接方面相比軟定位器導電性能更優。

經過試驗驗證，小曲線半徑定位裝置性能滿足要求，如表2所示。

表2 小曲線半徑定位裝置性能 kN

本裝置已經在時速160 km的線路上安裝試運行，定位、抬升時能夠很好地滿足曲線半徑300～1 000 m接觸網線路中間柱、轉換柱處接觸線固定，并且具有限位功能，其定位支座上下高度調節也使折角定位器的規格更加簡單、標準化?，F場安裝效果如圖5所示。

圖5 小曲線半徑定位裝置

4 結語

通過分析目前常用的3種軟定位方式在提速工況下存在的問題，設計新型小曲線可調限位定位支座與折角定位器組合定位裝置，滿足小曲線區段的坡度要求和受拉要求，并且可調、安裝方便，具有穩定的機械性能和限位功能，適應鐵路提速后小曲線半徑區段定位處安裝規范化要求，使定位裝置運行更加安全穩定。